DE651681C - Verfahren zur Bildung und Auswertung von Gasbatterien - Google Patents

Description

Bekannt sind Schaltungen für Primärelemente, bei denen zur Aufrechterhaltung ihrer Kapazität diese dauernd oder zeitweise über eine übliche gegen Stromstöße sichernde Starkstromsicherung und einen dahintergeschalteten Ohmschen Widerstand an eine Starkstromquelle so angeschlossen sind, daß der aus dem Element entnommene mittlere Gebrauchsstrom annähernd dem von der Starkstromquelle gelieferten mittleren Ladestrom entspricht. Die Primärelemente sollen hierbei, wenn ihnen Strom entnommen wird, auf ihrer Normalspannung gehalten werden. Da aber bei diesen bekannten Anlagen lie Ladung des Primärelementes durch den Fremdstrom nicht selbsttätig durch den Widerstand und die davorgeschaltete Sicherung begrenzt wird, kann sie bis zur Zerstörung des Elementes fortschreiten.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung und Auswertung von Gasbatterien, und das Wesentliche besteht darin, daß Primärelemente beliebiger Art durch Fremdstrom über die zur Depolarisierung notwendige Spannung hinaus unter selbsttätiger Begrenzung des Ladestroms nach Erreichung einer höchstzulässigen Batteriespannung derart überladen werden, daß an den Elektroden Gas angesetzt wird, worauf die elektromotorische Kraft der so gebildeten Gaselemente an irgendeinem Zeitpunkt durch Energieabgabe ganz oder teilweise verbraucht wird. Hierdurch werden Primärelemente in ähnlicher Weise wie Sekundärbatterien benutzbar. Die nutzbare Spannung des Primärelementes wird dabei über die normale Eigenspannung des Elementes erhöht, beispielsweise um 0,2 Volt, ohne daß die Gefahr der Zerstörung des Elementes besteht, und zwar dank der selbsttätigen Begrenzung des Ladestromes nach Erreichung der höchstzulässigen Spannung des Elementes.

Bei der Überladung des Elementes bildet sich an den Elektroden, ähnlich wie bei den bekannten Gasketten von Grove, ein Gaselement von bestimmter Kapazität. Bei der Energieabgabe wird nun zweckmäßig nur diese Kapazität benutzt, so daß die Eigenkapazität des Primärelementes nach Möglichkeit überhaupt nicht angegriffen wird. Erst wenn aus irgendeinem Grunde der Fremdstrom ausbleibt, wird die Eigenkapazität des Primärelementes hilfsweise zur Energieabgabe an den Verbraucher mit herangezogen. Die Lebensdauer des Primärelementes wird dadurch, wie Versuche ergeben haben, weitgehend erhöht, und zwar auf das etwa Fünfbis Zehnfache eines in gewöhnlicher Weise

benutzten Primärelementes;, außerdem steht eine um etwa 0,2 Volt pro Element höhere Spannung zur Entnahme zur Verfügung, so daß man gegebenenfalls auch Elemente spart. Schließlich bildet bei Versagen des Ladestromes die Eigenspannung des Elemente, stets eine noch lange Zeit zur Verfügung stehende Reserve, die insbesondere bei Signalanlagen, Sicherungsanlagen u. dgl. von großem Wert ist.

Als Primärelemente sind sowohl Trockenbatterien als auch Naßelemente verwendbar. Die Spannung der Fremdstromquelle wird zweckmäßig nur um ein geringes höher gehalten als die normale Klemmenspannung des Primärelementes.

Bei Verwendung einer Wechselstromquelle kann die Gasbildung im Element gegebenenfalls während einer Halbwelle und die Energieabgabe während der andern Halbwelle einer Periode des Wechselstroms erfolgen. Die Energieabgabe kann aber auch zu irgendeinem andern Zeitpunkt nach der Überladung erfolgen.

Bei der Anlage zur Durchführung des neuen Verfahrens sind in dem Zusammenbau von Fremdstromquelle, Primärbatterie und Verbraucher Vorrichtungen vorgesehen, welche die Bildung der Gaselemente, die selbsttätige Begrenzung des Ladestroms bei Erreichung der Batteriehöchstspannung und die Energieabgabe regeln, z. B. Stromregler, Drosseln, Generatoren oder Transformatoren mit zusammenbrechender Charakteristik oder sonstige selbsttätige Spannungsbegrenzer, gegebenenfalls trägheitslose oder mechanische Unterbrecher u. dgl.

In der Zeichnung sind mehrere Ausfüh-. rungsbeispiele für die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung zur Darstellung gebracht.

Fig. ι zeigt eine prinzipielle Schaltung für das Verfahren.

Fig. 2 zeigt eine Schaltung, bei der die Begasung und Entladung innerhalb einer Wechselstromperiode erfolgt. .·

Fig. 3 zeigt eine prinzipielle Schaltung für Gleich- oder Wechselstrom.

Fig. 4 zeigt eine Schaltung für Wechsel-So strom, bei welcher abwechselnd zwei Batterien begast und entladen werden.

Fig. 5 zeigt schematisch die zweckmäßige Veränderung der Periodenteile einer Wechselstromperiode für die Durchführung des Verfahrens.

Fig. ι zeigt eine Schaltung, bei welcher ein Primärelement E, beispielsweise ein Salmiakelement, mit seinem positiven Kohlepol K an einen Umschalter U angeschlossen ist, der je nach seiner Einstellung die BatterieE entweder mit der Stromquelle Gl oder mit dem Verbraucher W verbindet. Der negative Zinkpol Z des Elementes E ist direkt sowohl mit der Stromquelle Gl als auch mit dem Verbraucher W verbunden. Der Umschalter U wird in irgendeiner beliebigen Weise derart betätigt, daß die Umschaltung in der \-orher erläuterten Rhythmik in entsprechenden Zeitfolgen vor sich geht.

Fig. 2 zeigt eine Schaltung, bei welcher sich durch Verwendung elektrischer Ventile die Begasung und Entladung innerhalb jeder einzelnen Wechselstromperiode erzielen läßt. Zu diesem Zwecke sind im Sekundär Stromkreis eines Transformators Tr die Batterie B und der Verbraucher W hintereinandergeschaltet, und zwar über ein Ventil F₂. Ein zweites Ventil V₁ verbindet der Quere nach die beiden Leitungsäste. Durch diese Anordnung wird in der einen Halbperiode des Wechselstromes über das Ventil V₁ die Gasbatterie in der Batterie B angesetzt, während in der zweiten Halbperiode die in der ersten Halbperiode gebildete Energie der Gasbatterie über das Ventil F₂ an den Verbraucher 8g abgegeben wird. Dem Verbraucher wird nur in der zweiten Halbperiode Strom zugeführt. Die Spannung ist jedoch in diesem Falle doppelt so hoch, da die Gasbatterie in Serie mit der Sekundärwicklung des Transformators liegt. Die elektromotorischen Kräfte der Gasbatterie und der Sekundärwicklung addie- ■ ren sich. Eine derartige Schaltung kann mit Vorteil dort verwendet werden, wo die elektromotorische Kraft der Wechselstromquelle allein für den Verbraucher zu klein ist.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform, die für Gleich- oder Wechselstrom verwendet werden kann. B ist die Batterie, die durch die Stromquelle Gl begast wird. W ist der Verbraucher, der von der Stromquelle und auch von der Gasbatterie gespeist wird. St ist eine elektrische Vorrichtung, die entsprechend der Stromart ausgebildet ist. Im nachfolgenden sollen vier verschiedene Ausführungsmöglichkeiten für verschiedene Stromarten beschrieben werden.

Wenn z.B. die Stromquelle Gl verhältnismäßig konstanten Wechselstrom liefert, kann St als Halbweggleichrichter ausgebildet werden, der einen definierten Wirkwiderstand besitzt. In der einen Halbperiode, die vom Halbweggleiehrichter durchgelassen wird, fließt der Strom dem Verbraucher, gleichzeitig aber auch der Batterie zu, die hierdurch begast wird. In der gesperrten Halbperiode wird die Energie der gebildeten Gasbatterie an den Verbraucher abgegeben. Liefert jedoch die Stromquelle Gl einen ungleichmäßien Wechselstrom, so wird bei St ein Halbweggleichrichter und eine Drossel angewendet. Die Drossel ist in diesem Falle ein Stau-

mittel gegen allzu heftige Stromstöße, durch welche sowohl der Verbraucher wie auch die Batterie geschädigt werden können.

Gl kann auch eine Gleichstromquelle sein, wobei es gleichgültig ist, ob der Gleichstrom ein ruhender Gleichstrom ist oder ein durch einen Vollweggleichrichter gleichgerichteter Wechselstrom.

In diesem Falle kann St eine Drossel in

ίο Kombination mit einem Halbweggleichrichter sein. Die Drossel wirkt als Staumittel gegen allzu heftige Stromstöße, während der Halbweggleichrichter beim Absinken der Gleichspannung ein Rückfließen des von der Gasbatterie gelieferten Stromes zur Gleichstromquelle verhindert.

Man kann auch bei St einen selbsttätigen Unterbrecher in Verbindung mit einer Drossel einbauen. Beim Stromschluß wird die Batterie begast und der Verbraucher gespeist. Bei Unterbrechung des Stromes liefert die Gasbatterie die nötige Energie an den Verbraucher.

Gemäß der in Fig. 4 gezeigten Anordnung ist eine vollständige Arbeitsperiode der Gasbatterie in die Einzelperiode des technischen Wechselstromes derart verlegt, daß zwei in Serie geschaltete Halbweggleichrichter V₁ und V₂ das Ansetzen der Gasbatterie in den Batteriehälften B₁ und B₂ derart bewirken, daß, während an der einen Batteriehälfte Gas angesetzt wird, im gleichen Periodenteil die an der anderen Batteriehälfte vorher angesetzte Gasbatterie ihre Leistung abgibt.

Man kann als Gleichrichter auch solche mit verhältnismäßig hoher Eigenkapazität nehmen, z. B. Elektrolytgleichrichter. Der Vorteil liegt darin, daß durch diese zusätzliche Kapazität die Strömungsgleichmäßigkeiten, welche durch die Wechselstrompulsationen hervorgerufen werden, verkleinert werden.

Fig. 5 zeigt die Sinuslinie des technischen Wechselstromes· mit den Knotenpunkten /, m und n. Durch Verlegung der Abszisse in die in der Zeichnung punktiert dargestellte Lage entstehen die Knotenpunkte /', m' und n, wodurch erreicht wird, daß die ursprünglich flächengleichen Periodenteile a, b nunmehr derart ungleich werden, daß der positive Periodenteil c gegenüber dem negativen Periodenteil d in seiner Arbeitsfläche entsprechend vergrößert ist. Die Verlegung der Abszisse kann zur Regelung des Zeitausmaßes der beiden Arbeitsperioden beispielsweise bei Transformatoren durch Änderung der Sättigungsverhältnisse oder durch andere Maßnahmen in beliebiger Art erfolgen.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur Bildung und Auswertung von Gasbatterien, dadurch gekennzeichnet, daß Primärelemente beliebiger Art durch, Fremdstrom über die zur Depolarisation notwendige Spannung hinaus unter selbsttätiger Begrenzung des Ladestroms nach Erreichung einer höchstzulässigen Batteriespannung derart überladen werden, daß an den Elektroden Gas angesetzt wird, worauf die elektromotorische Kraft der so gebildeten Gaselemente in irgendeinem Zeitpunkt durch Energieabgabe ganz oder teilweise verbraucht wird.

   .2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer Wechselstromquelle die Gasbildung während einer Halbwelle und die Energieabgabe während der anderen Halbwelle einer Periode des Wechselstromes erfolgt.

   3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zusammenbau von Fremdstromquelle, Primärbatterie und Verbraucher Vorrichtungen vorgesehen sind, welche die Bildung der Gaselemente, die selbsttätige Begrenzung des Ladestroms bei Erreichung der Batteriehöchstspannung und die Energieabgabe regeln, z. B. Stromregler, Drosseln, Generatoren oder Transformatoren mit zusammenbrechender Charakteristik oder sonstige selbsttätige Spannungsbegrenzer, gegebenenfalls trägheitslose oder mechanische Unterbrecher o. dgl.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen